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2012高二物理课件:第十八章 4 玻尔的原子模型 (新人教版选修3-5)

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 4

玻尔的原子模型
知识点 1 玻尔原子理论的基本假设
知识点 2 玻尔理论
1.原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子能量等于前后
 
 
两个能级之差.由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的
 
 
能量也是分立的,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线.
 
 
2.由于不同的原子具有不同的结构,能级各不相同,因此
 
 
辐射(或吸收)的光子频率也不相同,这就是不同元素的原子具
 
 
有不同的特征谱线的原因.
知识点 3 玻尔理论对氢光谱的解释
1.玻尔理论对巴耳末公式的解释
hν=Em-En
根据频率条件,辐射的光子的能量_________,巴耳末公式
 
 
 
 
 
 
 
之后所处的定态轨道的量子数 n 和 2.因此,巴耳未公式代表的
 
应该是电子从量子数分别为 n=3,4,5,…的能级向量子数
 
n=2 的能级跃迁时发出的光谱线.
 
因此根据玻尔理论可以推导出巴耳末公式,并从理论上计
 
算出里德伯常量 R 的值.所得结果与实验值符合得很好.
同样,玻尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱
代表的应该是电子从量子数分别为 n=2,3,4,…的能级向基态
 
跃迁时发出的光谱线.
2.解释稀薄气体导电时的辉光导电现象
通常情况下,原子处于基态,基态是最稳定的.气体导电
 
管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁到激发态,
 
处于激发态的原子是不稳定的,会自发地向能量较低的能级跃
 
迁,最终回到基态,放出光子,形成_________.
辉光现象
3.解释原子的特征谱线
原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后
 
 
两个能级之差.由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的
 
 
能量也是分立的、因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线.
 
 
由于不同的原子具有不同的结构,能级各不相同,因此辐射(或
 
 
吸收)的光子频率也不相同,这就是不同元素的原子具有不同的
 
 
特征谱线的原因.
知识点 4 玻尔理论的成就和局限性
1.玻尔理论的成就:将量子观念引入了原子领域,提出了
 
定态和跃迁的概念,解释了氢原子光谱的实验规律.
 
2.玻尔理论的局限性:无法解释稍微复杂的原子的光谱现
 
象,它的不足之处在于保留了经典粒子的观念,把电子的运动
 
仍然看做经典力学描述下的轨道运动.
3.实际上,原子中电子的运动并没有确定的轨道,而是可
 
以出现在原子内的核外整个空间,只是在不同地方出现的概率
 
不同.当原子处在不同的能量状态时,电子在各处出现的概率
 
是不一样的.
用疏密不同的点表示电子在各个位置出现的概率,画出图
来,就像云雾一样,可以形象地称为电子云.
图 18-4-1 甲是氢原子处于 n=1 的能级时的电子云;当
 
氢原子处于 n=2 的能级时,它有几个可能的状态,图乙画的是
 
其中一个状态的电子云.对于氢原子,计算表明,玻尔理论中
 
的电子轨道正是电子出现概率最大的地方.
图 18-4-1
知识点 5 弗兰克—赫兹实验
1.如果原子的能级是分立的,那么用碰撞的方式使原子吸
 
 
收的能量,即其他粒子转移给原子的能量,也应该是量子化的.
2.1914 年,弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子,发现电子
 
 
损失的能量,也就是汞原子吸收的能量,是分立的,从而证明
 
 
汞原子的能量是量子化的.
知识点 6 原子跃迁条件与规律
hν=Em-En
频率条件___________只适应于光子和原子作用而使原子在各定
 
态之间跃迁的情况,对于光子和原子作用而使原子电离的情况,则不
 
受此条件的限制.这是因为,原子一旦电离,原子结构即被破坏,因
 
而不再遵守有关原子结构的理论.如__________________________,
 
只要大于或等于 13.6 eV 的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电
 
离,只不过入射光子的能量越大,原子电离后产生的自由电子的动能
 
越大.至于实物粒子和原子碰撞的情况,由于实物粒子的动能可全部
 
或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两
 
定态能量之差,也可使原子受激发而向较高能级跃迁.
基态氢原子的电离能为 13.6 eV
【例题】根据玻尔理论,下列关于氢原子的论述正确的是
(
)
解析:选 C.原子由能量为 En 的定态向低能级跃迁时,辐射
 
 
的光子能量等于能级差,故 A 错;电子沿某一轨道统核运动,
 
 
处于某一定态,不向外辐射能量,故 B 错;电子由半径大的轨
 
 
道跃迁到半径小的轨道,能级降低,因而要辐射某一频率的光
 
 
子,故 C 正确;原子吸收光子后能量增加,能级升高,故 D 错.
答案:C
1.氢原子放出一个光子后电子由外轨道跃迁到内轨道,根
据玻尔理论,氢原子的(
)
B
A.核外电子的电势能增大
 
 
B.核外电子的动能增大
 
 
C.核外电子的转动周期变大
 
 
D.氢原子的能量增大
题型 1
玻尔理论
【例题】关于玻尔的原子模型理论,下面说法正确的是
(
)
 
A.原子可以处于连续的能量状态中
 
 
B.原子的能量状态不是连续的
 
 
C.原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量
 
 
D.原子中的电子绕核运动的轨道半径是连续的
解析:玻尔依据经典物理在原子结构问题上遇到的困难,
 
 
引入量子化观念建立了新的原子模型理论,主要内容为:电子
 
 
轨道是量子化的,原子的能量是量子化的,处在定态的原子不
 
 
向外辐射能量,解决了原子遇到的问题,由此可知 B 正确.
答案:B
1.下列不是玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有(    )
 
A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做加速运
动,但不向外辐射能量
B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动
相对应,而电子的可能轨道的分布是不连续的
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)
一定频率的光子
D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运
动的频率
解析:A、B、C 三项都是玻尔提出来的假设,其核心是原
 
 
子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出,也就是“量子化”
 
 
概念,原子的不同能量状态与电子绕核运动不同的圆轨道相对
 
 
应,是经典理论与量子化概念的结合.电子跃迁辐射的能量为
答案:D
题型 2
能级跃迁
)
【例题】对于基态氢原子,下列说法中不正确的是(
 
 
A.它能吸收 10.2 eV 的光子
 
 
B.它能吸收 11 eV 的光子
 
 
C.它能吸收 14 eV 的光子
 
 
D.它能吸收具有 11 eV 动能的电子的部分能量
解析:10.2 eV 刚好是氢原子n=1 和 n=2 两能级能量之差,
 
 
而 11 eV 则不是氢原子基态和任一激发态间的能量之差,因而
 
 
A 正确,B 错误.基态氢原子能吸收 14 eV 的光子而被电离,
 
 
且电离后的自由电子获得 0.4 eV 的动能,故 C 正确.基态氢原
 
 
子也能吸收具有 11 eV 动能的电子一部分动能(10.2 eV)而跃迁
 
 
到 n=2 的定态,使与之作用的电子剩余 0.8 eV 的动能,可见
 
 
应选 B.
答案:B
规律总结:氢原子与光子和实物粒子的作用是不同的.对
 
 
于能量小于氢原子电离能(13.6 eV)的光子,只有其能量刚好能
 
 
使氢原子向某高能级跃迁的光子才能被基态氢原子吸收,否则
 
 
不能吸收;对于能量等于或大于氢原子电离能的光子,则能被
 
 
基态氢原子吸收而使氢原子电离,多余的能量变为自由电子的
 
 
动能;对于实物粒子,只要其动能满足使氢原子向高能级跃迁,
 
 
便能被氢原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁,
 
 
多余的能量仍为实物粒子的动能.总之,氢原子只能吸收整个
 
 
光子,但是却能吸收实物粒子的部分动能.
2.(2011 年深圳一模)已知金属钾的逸出功为 2.22 eV,氢原
 
子的能级如图 18-4-2 所示,一群处在 n=3 能级的氢原子向低
)
能级跃迁时,能够从金属钾的表面打出光电子的光波共有(
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图 18-4-2
A.一种
B.两种
C.三种
D.四种
解析:n=3 能级的氢原子向低能级跃迁时,可以辐射出 3
 
 
种频率的光子.从 n=3 向 n=1 或从 n=2 向 n=1 跃迁时辐射
 
 
出的能量大于 2.22 eV,能够从金属钾的表面打出光电子.
答案:B
 

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